Вопрос 3. Материалы, применяемые в самолето- и машиностроении.

ВЫБОР КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ – первый важный этап проектирования. Для выбора материала, инженерам необходимо принимать во внимание множество важных свойств материалов.

Вопрос 4. Запасы прочности и допускаемые напряжения в расчетах на прочность деталей машин и летательных аппаратов.

После выбора материала детали, чтобы обеспечить надежность и долговечность следует провести расчет на прочность и проверить условие:

Для деталей машин широко распространены расчеты не по допускае­мым напряжениям, а по коэффициентам запаса прочности:

Вопрос 5. Соединения. Классификация соединений. Расчет и конструирование разъемных соединений

Каждая машина получается в результате сборки деталей, осуществляемой с помощью неподвижных и подвижныхсоединений. Часть производственного процесса, заключающаяся в соединении готовых деталей, сборочных единиц, узлов и агрегатов в изделия, называется сборкой.  Соединения, при разборке которых нарушается целостность составных частей изделия, называют неразъёмным. К ним относятся заклепочные, сварные, клеевые, посадки с натягом. Предельное состояние, когда становиться возможной потеря его работоспособности, называется нагрузочной способностью. Разъемными называют соединения, которые можно разбирать и вновь собирать без повреждения деталей. К разъемным соединениям относятся резьбовые, шпоночные и шлицевые соединения.

Классификация соединений Виды соединений: 1. По возможности относительного перемещения деталей: - подвижное; - неподвижное. 2. По сохранению целостности деталей: - разъёмное; - неразъёмное. 3. По форме спрягаемых поверхностей: плоское; цилиндрическое; коническое; винтовое; сферическое; профильное. 4. По методу образования, определяемого процессом получения соединения или конструкцией соединяющей детали:  клёпанное, паяное, прессовое, шпоночное, клиновое и сварное, клееное, резьбовое, шлицевое,  проектирование соединений ответственная задача, так как разрушения в машинах происходят в большинстве случаев в местах соединений. Соединения также как и детали машин рассчитываются на прочность.

Разъёмными называют соединения, разборка которых происходит без нарушения целостности составных частей изделий. Наиболее распространёнными в машиностроении видами разъёмных соединений являются: резьбовые, шпоночные, шлицевые, клиновые, штифтовые и профильные.

Вопрос 6. Резьбовые соединения. Область применения и характеристики. Геометрия. Материалы.

Резьбовым называют соединение составных частей изделия с применением детали, имеющей резьбу. Резьба получается прорезанием на поверхности стержня канавок при движении плоской фигуры – профиля резьбы (треугольника, трапеции и т.д.)

Достоинства резьбовых соединений 1) универсальность, 2) высокая надёжность,  3) малые габариты и вес крепёжных резьбовых деталей,  4) способность создавать и воспринимать большие осевые силы,  5) технологичность и возможность точного изготовления.

Недостатки резьбовых соединений

1) значительная концентрация напряжений в местах резкого изменения поперечного сечения; 2) низкий КПД подвижных резьбовых соединений.

Классификация резьб

1) По форме поверхности, на которой образована резьба (рис. 4.3.1):  - цилиндрические;  - конические.

Рисунок 4.3.1 Виды резьбы по форме поверхности

2) По форме профиля резьбы:  - треугольные (рис.4.3.2.а),  - трапециидальные (рис. 4.3.2.б),  - упорные (рис.4.3.2.в),  - прямоугольные (рис.4.3.2.г) и - круглые (рис. 4.3.2.д).

Рисунок 4.3.22 Формы профиля резьбы

3) По направлению винтовой линии:  правая и левая. 4) По числу заходов:  однозаходные, многозаходные (заходность определяется с торца по количеству сбегающих витков). 5) По назначению:  -крепёжные,  -крепёжно-уплотняющие,  -резьбы для передачи движения. Крепежные резьбы применяют в резьбовых соединениях. Они имеют треугольный профиль, который характеризуется большим трением, предохраняющим резьбу от самоотвинчивания, высокой прочностью и технологичностью. Крепежно-уплотняющие резьбы применяют в соединениях, где требуется герметичность. Эти резьбы также треугольного профиля, но без радиальных зазоров. Резьбы для передачи движения применяются в винтовых механизмах и имеют трапецеидальный или прямоугольный профиль, который характеризуется меньшим трением. Основные геометрические параметры резьбы Наружный диаметр болта d, гайки D (рис.4.3.3.3);  внутренний диаметр болта d1, гайки D1;  средний диаметр болта d2, гайки D2;  угол профиля a; шаг резьбы р – расстояние между одноименными сторонами двух соседних витков в осевом направлении ;  ход резьбы рh = zp – расстояние между одноименными сторонами одноименными сторонами одного и того же витка в осевом направлении; число заходов z;  угол подъёма резьбы   ( чем больше заходность резьбы, тем больше угол подъема резьбы). 

Рисунок 4.3.3 Геометрические параметры резьбы

Материалы крепежных деталей

Материалы болтов выбирают в соответствии с классом прочности:

3.6, 4.6, 4.8, 5.6, 5.8, 6.6, 6.8, 6.9, 8.8, 10.9, 12.9, 14.9

Первое число * 100=

Первое число * второе число=

Гайки имеют 7 классов прочности:

4, 5, 6, 8,10,12, 14

Число, обозначающее класс * 100= испытательной нагрузке/сечение болта

Выбор материала зависит от условий работы (диапазона температур, среды, характера нагружения) и от требований надежности.

1. Углеродистые стали

2. Титан ВТ-16, ВТ-14, бериллиевые сплавы (высокие требования к массе, коррозионной стойкости)

3. Ниобиевые сплавы ВН-2 жаростойки, но не обладают хладноломкостью

4. Покрытия:

Кадмиевое – для стальных деталей

Цинковое – в среде топлива

Анодное оксидирование – для титанов и алюминиевых сплавов

7.Критерии работоспособности. Расчет элементов резьбы на прочность. Расчет групповых болтовых соединений. Критерии работоспособности резьбы и резьбовых соединений. Расчёт резьбы на прочность Основным критерием работоспособности крепёжных резьбовых соединений является прочность. При расчёте резьбы условно считают, что все нитки резьбы нагружены одинаково, а неточность в расчёте компенсируют значением допустимого напряжения.  Условие прочности резьбы на срез имеет вид: 

где Q – осевая сила,  А_ср – площадь среза витков нарезки. Условие прочности резьбы на смятие имеет вид:

где А_см – условная площадь смятия. Расчёт незатянутых болтов

Условие прочности нарезанной части стержня на растяжение имеет вид:

Расчёт затянутых болтов Согласно условию прочности запишем

где Q_расч = 1,3Q,  допускаемое напряжение при растяжении. Допускаемые напряжения при расчёте на растяжение:    при расчёте на срез:    при расчёте на смятие:   

Расчет резьбы на прочность

П ри расчете резьбы на прочность принимают следующее допущение: все витки резьбы нагружаются равномерно (хотя теоретическими и экспери­ментальными исследованиями установлено, что для гайки с шестью витка­ми первый виток резьбы воспринимает 52 % всей осевой нагрузки, вто­рой — 25 %, третий — 12 %, шестой — только 2 %).

Расчет резьбы по напряжению среза. Проверочный расчет. Условие прочности

, где   — расчетное напряжение среза в резьбе;   — допускаемое напря­жение среза в резьбе.                  

Для винта                                                          ^:

для гайки

здесь F — осевое усилие, действующее на болт; d₁ — внутренний диаметр резьбы; d — наружный диаметр резьбы; Н — высота гайки;   — коэф­фициент, учитывающий тип резьбы (K=0,8 — для треугольной резьбы; К= 0,5 — для прямоугольной и К= 0,65 — для трапецеидальной резьбы).

Проектировочный расчет (рассматривается случай, когда материал гай­ки и винта одинаков). Задавшись типом резьбы и определив диаметр при проектном расчете, можно определить высоту гайки:

Стандартные крепежные изделия на прочность резьбы не рассчитывают.

Расчет групповых болтов

(при условии болты нагружены одина­ково, например, крепление крышек, подшипников, круглых крышек сосу­дов и т. п.). В этом случае определяют силу, действующую на один болт:

                                                                                 (25)

где   — внешняя сила, действующая на группу болтов; z — число болтов группы.

По формулам

, , , , , , , , , .

 

производят прове­рочный или проектировочный расчеты для одного болта. Все болты прини­мают одинаковых размеров. В зависимости от конструкции группового болтового соединения формула (25) может быть видоизменена.

Расчет группы болтов, нагруженных неодинаково (например, креп­ление корпусов подшипников к металлоконструкции, машин фундамент­ными болтами и т. п.), производят по наиболее нагруженному болту. По вышеуказанной методике определяют размеры этого болта, а остальные, болты, как правило, принимают тех же размеров. Так часто делают для уп­рощения конструкции узла. Внешнюю силу, приходящуюся на наиболее нагруженный болт, в каждом конкретном случае определяют в соответст­вии со схемой нагружения.